林海聰

摘 要：本文從水下地形測量的內(nèi)外業(yè)，儀器設(shè)備的系統(tǒng)誤差控制、測量成果進(jìn)行評定的方法進(jìn)行了探討，著重研究誤差理論在對測量成果的準(zhǔn)確度評定方面的實踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：誤差 穩(wěn)定性 測量 成果評定

水下地形測量利用定位儀器和回聲測深儀等儀器設(shè)備野外采集數(shù)據(jù)，如果所使用的設(shè)備在數(shù)據(jù)采集的過程中產(chǎn)生的大量設(shè)備不穩(wěn)定原因帶來的系統(tǒng)誤差、各種吵雜的隨機誤差，將會大大降低測量成果的可靠度與準(zhǔn)確度。為保證測量成果可靠準(zhǔn)確，首先要對儀器的測量誤差、儀器的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，在測量準(zhǔn)備過程中對儀器的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場檢定，確保各項性能指標(biāo)要符合要求，從源頭上控制測量質(zhì)量，在測量誤差傳遞的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，降低累計誤差。水下地形測量完成后，可以采用誤差理論對測量成果進(jìn)行評定，控制和提高成果的準(zhǔn)確度。

1.水下地形測量儀器誤差的控制和穩(wěn)定性檢定

實際實踐過程中，需要儀器設(shè)備在檢驗周期中能保持性能指標(biāo)，可定期將設(shè)備送到質(zhì)量檢驗部門進(jìn)行鑒定、調(diào)整，日常測量中要做好儀器設(shè)備的校對和驗證，日常要保養(yǎng)好設(shè)備。

定期的將設(shè)備送到權(quán)威的檢驗部門進(jìn)行全面的檢驗，根據(jù)檢驗統(tǒng)計出來的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備的穩(wěn)定性和測量精度方面的變化，及時進(jìn)行校正，最大限度的減少因為設(shè)備性能下降帶來的系統(tǒng)誤差。對于校正后仍未能達(dá)到測量精度要求的不予投入使用。

限于成本和時間的限制，不能經(jīng)常性地將儀器送到權(quán)威部門檢驗。可在鑒定周期中對儀器設(shè)備進(jìn)行簡單的檢驗和校對，以期保持良好的技術(shù)性能。下面就分別對測深儀、GPS接收機這兩種水下地形測量常用設(shè)備的日常檢驗和校對進(jìn)行闡述。

（1）GPS接收機的測量精度和穩(wěn)定性的檢測。將GPS接收機架設(shè)到控制點上，在差分信號穩(wěn)定的情況下進(jìn)行記錄30分鐘以上。然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，計算出X方向和Y方向的中誤差以及平面定位的中誤差。

誤差圓（95%）半徑Offset=測量點到真實值的平均值+兩倍測量點到測量最或然點的中誤差，該值是系統(tǒng)誤差和隨機誤差的和，表征了測量偏離真實值（準(zhǔn)確度）的大小。在Offset（95%）不超過測量技術(shù)要求的情況下，評定測量精度主要取決于兩倍定位觀測中誤差Drms值。

在多次定期進(jìn)行校驗，Drms和 Offset均符合測量技術(shù)要求，就可以認(rèn)為在這些時段GPS接收機工作穩(wěn)定。筆者在汕尾電廠工程中水下地形測量比例尺為1：2000，依據(jù)規(guī)范“測深點定位點中誤差限值測圖比例尺大于1：5000為圖上1.5mm”的要求，點位誤差限制為3.0m，表1為筆者所在工程歷次比對的成果統(tǒng)計：

上表歷次中誤差Drms和誤差圓半徑Offset均小于限制，可以判定儀器測量精度和準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性滿足測量所需的技術(shù)狀態(tài)要求。

（2）測深儀的測量精度和穩(wěn)定性的檢測。將測深儀的換能器固定在一個位置，比如碼頭邊，水下最好是硬底質(zhì)的反射層。連續(xù)記錄10分鐘左右，將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。根據(jù)統(tǒng)計出來的深度中誤差進(jìn)行評定。

測量實施過程中儀器測量誤差的控制。

（1）測深儀的聲速改正。在每次月進(jìn)度或檢測測量前均進(jìn)行一次聲速校正。降低深水改正不準(zhǔn)確引起的系統(tǒng)誤差，確保測量成果的準(zhǔn)確度。值得注意的是在進(jìn)行測試板聲速校正時必須是“深度調(diào)聲速而不是聲速調(diào)深度”，即檢測板的深度不變僅改變聲速。

（2）DGPS定位時必須時處于“差分狀態(tài)”時才進(jìn)行記錄，確保測量定位精度滿足要求。

（3）GPS和測深儀的延遲校正。系統(tǒng)性延遲探測的方法有兩種，一是同一目標(biāo)探測法，二是同一測線探測法。

（4）外業(yè)中進(jìn)行潮位觀測時，采用短時多次觀測記錄的方法進(jìn)行讀數(shù)，然后將平均值記錄入簿，可以很好的控制讀數(shù)的誤差。另外盡可能在風(fēng)浪影響小的區(qū)域設(shè)立驗潮站。

2.對外業(yè)測量成果的評定

2.1對測深紙的質(zhì)量評定

測深紙上面的記錄是測量時對水深數(shù)據(jù)的最原始記錄，是內(nèi)業(yè)處理中修改假水深的重要依據(jù)，也是評定測量質(zhì)量，判斷水下反射物的重要依據(jù)。不同的質(zhì)量具有明顯的區(qū)別，如下圖1則是質(zhì)量對比圖（左為質(zhì)量好的；右為質(zhì)量比較差的）：

其記錄的反射模擬線邊界模糊，上層空間有明顯的干擾回波。這樣的記錄說明有可能測深儀參數(shù)沒有設(shè)置好，以致測量的結(jié)果出現(xiàn)較多的假水深，而反射面的回波測量結(jié)果跳動比較厲害，往往有0.3m左右的跳動，相對于上圖其測深值離散較大。

2.2測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

從測量結(jié)果中提取比較典型的一條測線的測深值、高程值、坐標(biāo)值（采集頻率不低于1HZ）。分別計算后一個點相對前一個點的變化值，最后對這些變化值進(jìn)行統(tǒng)計。在剔除了粗差后，計算得到的中誤差可以很好的反映測量結(jié)果的離散程度，離散越小說明越穩(wěn)定。表2是筆者某次測量統(tǒng)計的結(jié)果。

采集時船速約為2.5m/s，坐標(biāo)位移變化值的平均值為0.529m和實際情況很吻合。位移變化值中誤差0.055m，測深變化差中誤差為0.061m以及高程變化值中誤差為0.021m說明測量結(jié)果中兩點之間的變化穩(wěn)定、連續(xù)、數(shù)據(jù)采集過程可靠。

2.3依據(jù)內(nèi)業(yè)處理后的測量數(shù)據(jù)對測量成果質(zhì)量評定

（1）測深線數(shù)據(jù)同檢查線數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。根據(jù)水運工程測量規(guī)范（JTJ 203-2001）中“7.4.7測深檢查線與主測線相交處，圖上1mm范圍內(nèi)水深點的深度比對應(yīng)符合水深小于等于20m時深度比對互差小于或等于0.4m，水深大于20m時深度比對互差小于或等于0.02H。”（H為深度值）對比對成果進(jìn)行評定。

（2）前后兩次同一自然水深區(qū)域測量數(shù)據(jù)的比較，同樣比較其互差值。

下面的數(shù)據(jù)比對統(tǒng)計成果是是筆者在對某航道未施工區(qū)域兩次測量成果比較的結(jié)果：

內(nèi)航道未施工區(qū)域：

深度比對互差的最或然值為0.008m，接近于0，說明比對結(jié)果在0處周圍分布均勻，中誤差為0.122m，說明大多數(shù)的互差變化范圍在-0.24至0.24m的范圍內(nèi)，合格百分比為98.83%，說明測量成果質(zhì)量穩(wěn)定，可靠準(zhǔn)確。

3.結(jié)論

簡單易理解的中誤差理論在水下地形測量質(zhì)量控制和成果評定方面的應(yīng)用有積極的意義。以上筆者所述的也僅僅是提高測量精度和控制誤差的小小的一個方面，還有很多有待提高，發(fā)展的方法和技術(shù)手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]水運工程測量規(guī)范[S].北京：人民交通出版社.2001.天津航道局.JTJ203-2001.

[2]武漢大學(xué)測繪學(xué)院測量平差學(xué)科組.誤差理論與測量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社.2003.

[3]上海航道局.HYPACK MAX測量和疏浚軟件應(yīng)用手冊[M].上海：上海航道局.2003.

[4]彭美云.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社.2001.

[5]廣州航道局.GPS信標(biāo)機定位系統(tǒng)校準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書[M].廣州：廣州航道局.2004.endprint